航空產品數控加工全過程仿真加工解析

王德安 趙昌輝 王國松

（沈陽黎明航空發(fā)動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

數控機床在現代制造業(yè)中起著越來越重要的作用。許多企業(yè)都大量引進數控設備，以提高自身產品的加工質量和生產效率。本文主要從產品工藝設計到現場加工的每個環(huán)節(jié)進行分析，探討數控加工全過程中仿真加工方法及解決的問題。

1 數控加工工藝設計

在用數控機床進行零件加工時，數控工藝設計是為工件進行數控加工前期的準備工作，它必須在程序編制工作之前完成。因為只有在工藝設計方案確定以后，編程才有依據，否則，由于工藝方面的考慮不周將可能造成數控加工的錯誤。所以說數控加工工藝設計是數控加工中的第一要素，它確保了編程與加工的正確性、合理性。數控加工工藝設計主要內容包括： ①選擇并決定零件的數控加工內容。②零件圖樣的數控加工性分析。③數控加工的工藝路線設計。④數控加工工序設計。⑤數控加工工藝文件的編寫。其中數控加工工藝路線設計和數控加工工序設計是非常關鍵的工藝設計內容，如何對這兩部分內容進行驗證是亟待解決的問題。本公司PDM管理平臺對各種工藝文件進行管理，是否可以借助PDM平臺中的工藝文件進行零件工藝路線和數控加工工序的驗證是值得我們考慮的。

2 數控程序編制

在工藝設計完成的基礎上，可以進行數控程序的編制，數控程序的編制通常有手動編程和自動編程兩種方式，但無論是手動編程還是自動編程，我們都要關注數控程序NC代碼的準確性、完整性。其中自動編程通常要先生成刀具軌跡，再經過后置處理生成數控代碼文件。手動編程可以按加工工序內容直接生成數控代碼文件。下面按自動編程的刀具軌跡生成階段和數控代碼生成后說明不同階段的仿真加工內容及解決的問題。

2.1 刀具軌跡生成階段

自動編程的刀具軌跡設計需在專業(yè)的編程軟件中進行，而現行的編程軟件均具有刀具軌跡仿真功能，如UG、MasterCAM、HyperMILL等編程軟件都能夠對刀具軌跡的切削運動和材料去除過程進行模擬，驗證刀具路徑的正確性，避免碰撞、過切、欠切等現象。

2.2 數控代碼的仿真加工

此階段的數控代碼仿真通常指離線狀態(tài)的NC代碼仿真，是指應用仿真軟件進行NC代碼的識別或材料去除模擬。NC代碼的仿真加工可以根據零件結構復雜程度、數控程序的運動軸數及數控程序的類型來考慮選擇不同的仿真軟件和不同的仿真方法。如回轉件（盤軸、機匣）的車加工程序，簡單的三軸銑加工程序可以使用無機床的仿真加工。對于結構復雜，五軸的加工程序必須用帶機床仿真加工。

2.2.1 無機床的仿真加工

通過此方法的模擬仿真，可以檢查出數控代碼的語法正確性、合理性、連續(xù)性、完整性，避免實際加工中刀具與工裝、工件之間的干涉和碰撞。

2.2.2 帶機床的仿真加工

機床加工過程仿真必須構建零件、毛坯、工裝、機床、刀具等構件，形成包括數控機床全過程仿真驗證的數控加工仿真。可以對四軸聯動、五軸聯動、車銑復合等加工進行機床加工過程的仿真。可以檢查出數控代碼語法的正確性、合理性、零件的過切和欠切，避免實際加工中數控機床與刀具、工裝、工件之間的干涉和碰撞及數控機床各運動軸的超行程現象。如對整體葉盤進行葉片的數控銑加工時，若葉片長、數量多，再加上葉片本身的扭曲，在實際加工前進行機床加工起到了非常重要的作用，可以完全避免實際加工時干涉、碰撞的發(fā)生，并能夠準確的給定刀具懸伸長度。

3 機床上的NC代碼仿真

數控加工機床多數都具有NC代碼的刀軌模擬功能，而且隨著數控機床制造企業(yè)對高性能機床的研發(fā)，機床在線仿真功能將更完善。能夠100%的驗證數控代碼的識別及語法的正確性。當零件裝夾完成后，可以進行數控程序的空運行，從而目視檢查程序的大致切削位置及干涉碰撞情況。

總之以上四種仿真方法，可以消除程序中的錯誤，如切傷工件、損壞夾具、折斷刀具或碰撞機床。但非機床上的仿真，對數控程序檢查的準確性完全依賴于虛擬控制系統(tǒng)配置的正確性和完整性。

4 試切件加工

以上進行的仿真加工都是在零件實際加工之前對數控程序進行的檢查，并不能預測實際加工時加工系統(tǒng)對零件的影響或切削加工時零件本身的變化，為獲得較高的加工精度，決定性的一步是，實際零件加工之前能夠給出合理的加工參數及對產品質量的合理預測。在加工結構復雜零件、較昂貴零件及易變形等零件之前最好進行試驗件的加工。如對整體葉盤的銑加工，雖然通過機床加工過程的仿真，可以完全避免干涉、碰撞等現象的發(fā)生，但是由于加工方案不同、加工參數不合理或機床本身五軸聯動執(zhí)行的不同步，往往造成較大的接刀痕；葉片表面有振紋、有凹坑或凸起；刀具與葉片剛性不匹配造成葉片厚度的不一致，只有通過對試件的加工，總結出合適的走刀路線、合理的加工參數、匹配的加工刀具及測量出零件的實際變形量，才能給定合理的加工方案，避免以上問題的發(fā)生。對于薄壁機匣件或葉片件的加工，在實際加工時往往存在裝夾變形和加工變形，只有通過試驗件的加工和測量，針對實際的變形量和變形位置，采取反變形加工方案來提高零件的加工質量。

結論

通過以上對數控加工全過程仿真加工技術的介紹，可以看出，針對不同的驗證內容可以選擇不同的仿真方法。NC代碼仿真、機床加工過程仿真，能夠準確的驗證數控程序的準確性，干涉、碰撞、過切、欠切等現象的發(fā)生。對于加工參數的合理性、機床實際的執(zhí)行情況、零件與刀具的匹配等情況，必須采用試驗件加工的驗證方法。

[1]航空航天高效數控加工技術[J]現代制造，2010（47）.